轴承钢 GCR15 东特

GCr15概述

      GCr15轴承钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用*广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。      

      GCr15是一种*常用的高铬轴承钢，具有高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度。耐磨性优于GCr9，接触疲劳强度高，有良好的尺寸稳定性和抗蚀性，冷变形塑性中等，切削性一般，焊接性差，对白点形成敏感，有第一类回火脆性。 在滚珠轴承制造中，用以杂质壁厚12mm.外径<250mm的H级至C级的轴承套，直径25.4-50.8mm的钢球；直径<22mm的滚子，此外也可用作承受大负荷.要求高耐磨性.高弹性极限.高接触疲劳强度的其他机械零件及各种精密量具冷冲模等。如机床的滚珠丝杆，涡轮喷气发动机喷嘴的喷口、柱塞、活门、衬套等。

执行标准

      中国GB/T18254-2002

      日本JIS G4805:1991

      美国ASTM A295:1998

      统一数字代号:B00150

化学成分

      C：0.95-1.05

      Mn：0.20-0.40

      Si：0.15-0.35

      S：≤0.020

      P：≤0.027

      Cr：1.30-1.65

      Mo：≤0.10

      Ni：≤0.30

      Cu：≤0.25

      Ni+Cu：≤0.50

力学性能

      供货态硬度(HRC):25.8

      抗拉强度(MPa):861.3

      屈服强度(MPa):518.42

      断后伸长率(%):27.95

      抗弯强度(MPa):1821.61

产品规格

热处理

      其热处理制度为：钢棒退火，钢丝退火或830-840度油淬。

热处理工艺参数

      A.普通退火：790-810度加热，炉冷至650度后，空冷——HB170-207

      B.等温退火：790-810度加热，710-720度等温，空冷——HB207-229

      C.正火：900-920度加热，空冷——HB270-390

      D.高温回火：650-700度加热，空冷——HB229-285

      E.淬火：860度加热，油淬——HRC62-66

      F.低温回火：150-170度回火，空冷——HRC61-66

      G.碳氮共渗：820-830度共渗1.5-3小时，油淬，-60度至-70度深冷处理 +150度至+160回火，空冷——HRC≈67

生产制造方法

      对轴承钢的冶炼质量要求很高，需要严格控制硫、磷和非金属夹杂物的含量和分布，因为非金属夹杂物的含量和分布对轴承钢的寿命影响很大。夹杂物量愈高，寿命就越短。为了改善冶炼质量，亦可采用真空冶炼，真空自耗精炼等新工艺来提高轴承钢的质量。

用途

      用于制作各种轴承套圈和滚动体.例如:制作内燃机、电动机车、汽车、拖拉机、机床、轧钢机、钻探机、矿山机械、通用机械,以及高速旋转的个高载荷机械传动轴承的钢球、滚子和套圈. 除做滚珠、轴承套圈等外，有时也用来制造工具，如冲模、量具。

各国牌号

特性

      综合性能良好.球化退火后有良好的切削加工性能.淬火和回火后硬度高而且均匀,耐磨性能和接触疲。

      劳强度高.热加工性能好.含有较多的合金元素,价格比较便宜.GCr15钢是高碳铬轴承钢中使用和生产量*多的牌号,被世界广泛采用.但是白点敏感性强,焊接性能较差。

      具有高而均匀的硬度,良好的耐磨性.用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件。

      具有了轴承的耐磨性,也加强了顶也钢性.GCr15锻造工艺。

      喷射成形作为一项新颖的快速凝固技术,在材料制造与加工方面显示出巨大的优势.采用该技术制备了GCr15钢、2.98wt�si超高碳钢,以及Cu- 20wt�Fe原位复合材料,对它们的组织与性能进行了研究.喷射成形GCr15钢的铸态组织为等轴细层状珠光体,平均片间距为85nm ;油淬处理获得的马氏体片平均宽度为0.35μm.x射线衍射分析及TEM观察表明,硬度随回火温度升高而下降与回火中ε碳化物析出及长大有关.由CCT曲线测试获得喷射成形GCrl5钢的Ms(150℃)比母合金的Ms(250℃)低100℃,其主要原因是因为前者基体中固溶的碳含量高于后者.喷射成形 GCr15钢铸态试样的超塑延伸率优于常规工艺制备的同种材料.首次利用喷射成形工艺制备了Cu-2Owt�Fe合金(SF)。

注意

      1.轴承钢管用钢的残余铜含量（熔炼分析）应不大于0.20%。

      2.氧含量在钢坯或钢材上测定。

      3.盘条用钢的硫含量（熔炼分析）应不大于0.020%。GCr15表示方法

      ① 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr、25Cr2MoVA合金管。

      ②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量<1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字"1"，例如钢号"12CrMoV"和"12Cr1MoV"，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。

      ③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。

      ④高级优质钢应在钢号*后加"A"，以区别于一般优质钢。

      ⑤专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。

SUJ2简介

      日本JIS标准SUJ2高碳铬轴承钢，对应国标牌号GCr15。

      SUJ2高碳铬轴承钢，可全硬处理，硬度可达HRC58-61，具备了轴承的耐磨性，也加强了钢性，加工性佳，并可直接加工成型，使用模次高于SKD-61(HRC52)全硬体2-3倍。在淬火、回火时尺寸变化不大,抗疲劳性能相当好。

      综合性能良好。淬火和和回火后硬度高而均匀，耐磨性、接触疲劳强度高。热加工性好，球化退火后有良好的可加工性，但对形成白点敏感。

用途

      用于一般塑胶模具,汽车,机床轴承,钢球,滚子,轴套,冷轧。

      制造内燃机。电机车、机床、拖拉机、轧钢设备、钻探机、铁道车辆以及矿山机械等传动轴上的钢球、滚子和轴套等。

化学成份(%)

      C：0.95-1.10

      Mn：<0.50

      P：<0.025

      S：<0.025

      Cr：0.30-1.60

      Si：0.15-0.35

力学性能

      抗拉强度 σb (MPa)：1617

      冲击功 Akv (J)：28

      硬度 ：61～64HRC

      试样尺寸：某试样

      密度：7.8g/cm3

热处理规范及金相组织

      热处理规范：850～860℃淬火，油冷;160℃回火2h。

      金相组织：回火马氏体。

交货状态

      以热轧（锻制）退火，不退火，退火剥皮钢、冷拉（轧）圆钢，磨光圆钢、热轧钢管，退火剥皮钢管、冷拉（轧）钢管八种状态交货。

制作工艺

      1964年开始应用钢包脱气法，即把钢包放在真空室内，通人惰性气体进行搅拌，使其压力下降到66.5Pa（0.5托）实现脱气，使钢中氧含量从(25~35)×10-6下降到(15~20)×10-6。这种方法不足之处是使碱性大的炉渣也同样搅拌，钢的纯净度难以*大限度地提高。为解决此问题，1968年开始引进提升脱气法(RH法)在13.3Pa（0.1托）的高真空下，钢中的氢、氧被脱去，降低夹杂物，而炉渣不被卷人。60t高功率电炉的使用加上RH脱气，使钢中氧含量从(15~20)×10-6下降到(8.3~15)×10-6。1974年以后，为了配合超高功率电炉的合理使用，引进了钢包精炼技术（LF法），即钢包带有加热、搅拌和真空脱气装置，在钢包内完成还原期，形成还原性炉渣，并脱氧、脱硫、脱氢，还能控制钢液温度、钢液的成分精度和浇注时间。此阶段UHP炉应用+LF+RH法联合使用，使钢中氧含量降到(5~10)×10-6，这对于与连续浇注相匹配是必不可少的。此外，为进一步改善真空脱气的效果，还开发和采用了雾化真空脱气法、循环真空脱气法(通称DH法)生产真空脱气轴承钢。

真空感应冶炼法(VIM法)

      在真空感应冶炼时,挑选基本不含杂质、化学成分与冶炼合金钢等级相当的废钢送入小型电感应炉中，这种炉子置于大型真空室内，真空室内包括一个密封料斗以添加所需合金。早在快速熔化和精炼期间就开始钢水的脱气，冶炼完成后，让炉子倾斜并将钢水注入钢铸模。在真空密封室内，钢铸模自动进人和退出浇注位置。这种真空感应冶炼炉工艺是用来制造优质航空轴承钢的*早真空冶炼方法之一。今天，它的主要作用之一是提供用于生产超高纯度真空电弧重熔钢的电极。

      这种工艺是将具有理想化学成分的一个电极置入一个周围用水冷却、内部为真空的铜模中。电弧产生于电极底面和同样合金成分的基板之间。在极高真空度下当电极损耗时，它会自动下降，并且控制电压以维持恒定的冶炼参数。因为对凝固方式进行了控制，所以重熔钢基本上无中心气孔和浇键分凝。重熔钢改善了力学性能,特别是横向方向的力学性能。

轴承钢简介

      轴承钢是用于制造滚动轴承的滚珠，滚柱和套筒等的钢种，也可用于制作精密量具，冷冲模，机床丝杠及柴油机油泵的精密偶件。

      名称：轴承钢

      英文：bearing steel

发展前景

      精密轴承等基础机械铸造业已经成为国家“十二五”期间重点发展的行业，为了实现两会提出的经济增长目标，各地城市基础设施建设工程密集开工，轴承钢市场需求也将随之释放。

      伴随着轴承制造业的持续、较快发展，轴承钢市场前景被看好。国内轴承钢生产厂家正积极研发轴承钢新品种，轴承制造产业发展立足高端产品是未来的主要趋势。

      为了实现两会提出的经济增长目标，各地城市基础设施建设工程掀起施工高潮，铁路、保障房、水利、港口、机场等重大工程项目的密集开工带动了工程机械制造业的复苏，拉动工程机械需求，轴承钢市场需求也随之释放。同时铁矿石、焦炭、高铬等钢铁原材料市场价格持续高位运行，使轴承钢生产成本不断攀升，刚性成本的推动，促使钢厂的出厂价格上调，从而进一步带动轴承钢市场价格的上升，这两方面利好因素稳定了增长拉动了内需。

      产业洞察研究资料《2013年中国轴承钢产业深度研究报告》显示目前国内轴承制造产业发展势头强劲，对轴承钢市场平稳向好将带来利好效应。一批高端轴承需求量大幅增长，如航空航天轴承、机床主轴用高速精密轴承、高速电主轴轴承、光伏行业机床用精密轴承、高铁轴承、汽车轴承、起重机用滑轮轴承等等。

产品概述

      轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求*严格的钢种之一。1976年国际标准化组织ISO将一些通用的轴承钢号纳入国际标准，将轴承钢分为：全淬透型轴承钢、表面硬化型轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等四类共17个钢号。

      有的国家增加一个类别为特殊用途的轴承钢或合金。我国已纳入标准的轴承钢分类方法与ISO相似，分别对应为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈耐蚀轴承钢、高温轴承钢四大类。近五十年来我国还在轴承钢钢种及其轴承用材料方面，如无铬轴承钢、中碳轴承钢、特殊用途轴承钢及合金、金属陶瓷等取得了很大的进展。高碳铬轴承钢GCr15是世界上生产量*大的轴承钢，含碳Wc为1%左右，含铬量Wcr为1.5%左右，从1901年诞生至今100多年来，主要成分基本没有改变，随着科学技术的进步，研究工作任在继续，产品质量不断提高，占世界轴承钢生产总量的80%以上。以至于我们所说的轴承钢如果没有特殊的说明，那就是指GCr15。

技术标准

      轴承钢生产主要执行GB/T18254-2002标准和适应于精锻轴承用户要求的莱钢GCr15JD质量协议，其中GCr15JD协议质量要求严于GB/T18254-2002标准 ，GCr15JD要求氧含量≤10ppm、中心偏析级别≤1.0级、成分控制、定尺和尺寸偏差等均严于GB/T18254-2002标准。

工艺流程

      50吨UHP电炉冶炼→60吨LF炉精炼→60吨VD炉真空处理→合金钢矩形坯连铸（260mm×300mm、180mm×220mm）→缓冷或热送→轧材→精整→检验入库。

质量性能

      为了满足以上对动轴承的性能的要求，对轴承钢材料提出了以下一些基本的性能要求：

      1.高的接触疲劳强度，

      2.热处理后应具有高的硬度或能满足轴承使用性能要求的硬度，

      3.高的耐磨性、低的摩擦系数，

      4.高的弹性极限，

      5.良好的冲击韧性和断裂韧性，

      6.良好的尺寸稳定性，

      7.良好的防锈性能，

      8.良好的冷、热加工性能。

基本要求

      根据以上对轴承用钢的基本要求，对轴承用钢的冶金质量提出以下的基本要求；

      ①严格的化学成分要求。

      一般轴承用钢主要是高碳铬轴承钢，即含碳量1%左右，加入1．5%左右的铬，并含有少量的锰、硅元素的过共析钢。铬可以改善热处理性能、提高淬透性、组织均匀性、回火稳定性，又可以提高钢的防锈性能和磨削性能。

      但当铬含量超过1．65%时，淬火后会增加钢中残余奥氏体，降低硬度和尺寸稳定性，增加碳化物的不均匀性，降低钢的冲击韧性和疲劳强度。为此，高碳铬轴承钢中的含铬量一般控制在1，65%以下。只有严格控制轴承钢中的化学成分，才能通过热处理工序获得满足轴承性能的组织和硬度。

      ②较高的尺寸精度要求，对于使用在高速镦锻机上锻造的热轧退火棒料，应该对其尺寸精度有更高的要求。

      滚动轴承用钢要求钢材尺寸精度较高，这是因为大部分轴承零件都要经过压力成型。为了节省材料和提高劳动生产率，绝大部分轴承套圈都是经过锻造成型，钢球是经过冷镦或热轧成型，小尺寸的滚子也是经过冷镦成型。如果钢材的尺寸精度不高，就无法精确地计算下料尺寸和重量，而不能保证轴承零件的产品质量，也容易造成设备和模具的损坏。

      ③特别严格的纯洁度要求。

      钢的纯洁度是指钢中所含非金属夹杂物的多少，纯洁度越高，钢中的非金属夹杂物越少。轴承钢中的氧化物、硅酸盐等有害夹杂物是导致轴承早期疲劳剥落、显著降低轴承寿命的主要原因。特别是脆性夹杂物危害*大，由于在加工过程中容易从金属基体上剥落下来，严重影响轴承零件精加工后的表面质量。因此，为了提高轴承的使用寿命和可靠性，必须降低轴承钢中夹杂物的含量。

      ④严格的低倍组织和显微（高倍）组织要求。

      轴承钢的低倍组织是指一般疏松、中心疏松和扁析，显微(高倍)组织包括钢的退火组织、碳化物网状、带状和液析等。碳化物液析硬而脆，它的危害性与脆性夹杂物相同。网状碳化物降低钢的冲击韧性，并使之组织不均匀，在淬火时容易变形与开裂。带状碳化物影响退火和淬火回火组织以及接触疲劳强度。低、高倍组织的优劣对滚动轴承的性能和使用寿命有很大的影响，所以，在轴承材料标准中对低、高倍组织有着严格的要求。

      ⑤特别严格的表面缺陷和内部缺陷要求。

      对轴承钢而言，表面缺陷包括裂纹、夹渣、毛刺、结疤、氧化皮等，内部缺陷包括缩孔、气泡、白点、严重的疏松和偏析等。这些缺陷对于轴承的加工、轴承的性能和寿命有很大的影响，在轴承材料标准中明确规定不允许出现这些缺陷。

      ⑥严格的碳化物不均匀性要求。

      在轴承钢中，如果出现严重的碳化物分布不均匀，则在热处理加工过程中就容易造成组织和硬度的不均匀，钢的组织不均匀性对接触疲劳强度有较大的影响。另外，严重的碳化物不均匀性还容易使轴承零件在淬火冷却时产生裂纹，碳化物不均匀性还会导致轴承的寿命降低因此，在轴承材料标准中，对不同规格的钢材均有明确的特别要求。

      ⑦严格的表面脱碳层深度要求。

      在轴承材料标准中对钢材表面脱碳层有着严格的规定，如果表面脱碳层超出标准的规定范围，且在热处理前的加工过程中又没有将其全部清除掉，则在热处理淬火过程中就容易产生淬火裂纹，造成零件的报废。

      ⑧其他要求。

      在轴承钢材料标准中还对轴承钢的冶炼方法、氧含量、退火硬度、断口、残余元素、火花检验、交货状态、标识等有严格的要求。

物理性能

      轴承钢的物理性能主要以检查显微组织、脱碳层、非金属夹杂物、低倍组织为主。一般情况下均以热轧退火、冷拉退火交货。交货状态应在合同中注明。钢材的低倍组织必须无缩孔、皮下气泡、白点及显微孔隙。中心疏松、一般疏松不得超过1.5级，偏析不得超过2级。钢材的退火组织应为均匀分布的细粒状珠光体。脱碳层深度、非金属夹杂物和碳化物不均匀度应符合相应有关国家标准规定。

产品种类

      我国已生产高碳铬不锈轴承钢，主要钢号有9Cr18；渗碳轴承钢，主要钢号有G20CrMo；铬轴承钢，主要钢号有GCr15。

      轴承钢又称高碳铬钢，含碳量ωc为1%左右，含铬量ωcr为0.5%-1.65%。轴承钢又分为高碳铬轴承钢、无铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、中高温轴承钢及防磁轴承钢六大类；

制造方法

      对轴承钢的冶炼质量要求很高，需要严格控制硫、磷、氢等含量以及非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况，因为非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况对轴承钢的使用寿命影响很大，往往轴承的失效就是在大的夹杂或碳化物周围产生的微裂纹扩展而成。

      夹杂物的含量和钢中氧含量密切相关，氧含量越高，夹杂物数量就越多，寿命就越短。夹杂物和碳化物粒径越大、分布越不均匀，使用寿命也越短，而它们的大小、分布状况与使用的冶炼工艺和冶炼质量密切相关，生产轴承钢的主要工艺是连铸以及电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼，还有少量采用真空感应+真空自耗的双真空或+多次真空自耗等工艺来提高轴承钢的质量。

分类用途

      分类：当前世界各国所使用的轴承钢主要有5大类，即高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢、中碳轴承钢。

      用途：除做滚珠、轴承套圈等外，有时也用来制造工具，如冲模、量具、丝锥等。

进口产地

      我国主要从日本、德国、美国进口轴承钢。

产品包装

      直径小于20mm要打包交货，大于20mm时可以裸装交货。对冷拔 钢应涂防锈油。货物出厂前应附质量保证书、注明钢号、炉号、重量、规格、化学成分、检验标准及检验结果。

规格外观

      规格主要有圆钢、钢板、钢丝、钢管、钢材表面应加工良好 。不得有裂纹、折叠、结疤和夹杂。冷拉钢表面还应光滑、干净、无氧化皮。